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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Altavoz de tres vías con cabezal W21 EX 001. Enciclopedia de radioelectrónica y electrotécnica
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Audio El objetivo del desarrollo del diseño descrito fue crear un altavoz de tamaño relativamente pequeño con altas características electroacústicas, adecuado para la repetición en condiciones de aficionados. A la hora de elegir los drivers dinámicos se tuvieron en cuenta sus parámetros electroacústicos, así como la experiencia en el diseño de varios altavoces que el autor había desarrollado previamente. Para las bajas frecuencias, se eligió el cabezal dinámico SEAS W21EX 001. Al comienzo del desarrollo, hubo una experiencia positiva al usar el W21EX 001 en un altavoz cerrado de dos vías, que proporcionó una calidad bastante alta de reproducción de bajas frecuencias. Para frecuencias medias se eligió un cabezal SEAS H143 con difusor de papel, para frecuencias altas - PEERLESS 810665 sin fluido magnético, con cúpula de tejido impregnado. En la Fig. 1 se muestra un dibujo de la carcasa del altavoz. 28. La carcasa tiene un volumen útil de 2,7 litros para el parche de graves y XNUMX litros para el parche de medios. Estos volúmenes están rellenos de guata sintética de baja densidad. Para reducir las vibraciones, la superficie interior de la carcasa está cubierta con aislamiento de hidrovidrio.
Se utilizan refuerzos para una amortiguación adicional de las paredes laterales. Los revestimientos tienen depresiones redondas en las que se insertan arandelas de goma cuyo espesor excede la profundidad de las depresiones en 0,5 mm. Las tapas se fijan a las paredes laterales con tornillos autorroscantes. A medida que se presionan las almohadillas, las arandelas se deforman y se ajustan firmemente a la pared lateral de la carcasa. La superficie exterior de la carrocería está cubierta con chapa de cerezo y los revestimientos están pintados con pintura acrílica negra. Las superposiciones oscuras sobre un fondo de chapa clara enfatizan la forma de la estructura, dando a la carrocería una apariencia más armoniosa. Es recomendable prestar especial atención a la descripción del crossover, ya que es un componente importante de un altavoz de tres vías. Empecemos por aclarar algunos conceptos. El intervalo de frecuencia en el que ambos cabezales participan en la formación de la respuesta de frecuencia resultante en términos de presión sonora es la región de radiación conjunta de los cabezales dinámicos, y la frecuencia de cruce se encuentra dentro de esta región. Con caídas simétricas de la respuesta de frecuencia en la presión sonora, la frecuencia de cruce se puede calcular como la media geométrica de las frecuencias que definen los límites de la región de coemisión. Para ser breves (debido a las frecuentes menciones), llamaremos características Z a las dependencias del módulo de impedancia de la frecuencia de los cabezales dinámicos y del altavoz. Al desarrollar el crossover, el objetivo era garantizar una desigualdad mínima en la respuesta de frecuencia del altavoz en términos de presión sonora. Para simular el crossover se utilizó el programa LEAR, que permite trabajar con la respuesta de frecuencia medida y las características Z de los cabezales dinámicos. Esto permite previsualizar el funcionamiento de diferentes circuitos de filtrado, obteniendo resultados bastante claros, y seleccionar la opción más adecuada para su implementación. El programa LEAP tiene un optimizador que le permite calcular automáticamente cualquier elemento filtrante según un criterio determinado (por ejemplo, la desigualdad mínima de la respuesta de frecuencia en un rango de frecuencia determinado). Los datos iniciales para desarrollar un crossover son la respuesta de frecuencia de la sensibilidad y las características Z de los cabezales dinámicos. Todas estas características se miden en la caja del altavoz después de ajustar el diseño acústico. Para seleccionar las frecuencias de cruce óptimas, se midieron la respuesta de frecuencia de todos los cabezales utilizando un micrófono ubicado a lo largo del eje del cabezal a una distancia de 0,5 m, y los resultados se promediaron en intervalos de 0,2 octavas. Las características Z se midieron en modo generador de corriente. Determinemos aproximadamente las frecuencias de cruce basándonos en un análisis de la respuesta de frecuencia de los cabezales dinámicos. La respuesta de frecuencia del cabezal LF (Fig. 2) tiene un desnivel de 3 dB en el rango de frecuencia 60...500 Hz; Además, al aumentar la frecuencia, sigue un aumento con un máximo a una frecuencia de 1,3 kHz. Esta naturaleza de la respuesta de frecuencia no es un problema, ya que en un altavoz de tres vías se puede utilizar un cabezal de baja frecuencia en el rango de frecuencia no superior a 600 Hz, donde la desigualdad de la respuesta de frecuencia es bastante pequeña.
La respuesta de frecuencia del cabezal de medios (Fig. 3) en el rango de frecuencia 600...4000 Hz tiene una irregularidad de 4 dB. La desigualdad de la respuesta de frecuencia se caracteriza por un aumento a una frecuencia de 1 kHz y una caída en el rango de 1,5 a 3 kHz. Al desarrollar filtros de cruce, es deseable reducir la desigualdad de la respuesta de frecuencia del cabezal de rango medio. Para hacer esto, es aconsejable seleccionar una frecuencia de cruce cercana a la caída en su respuesta de frecuencia. Elijamos una frecuencia de cruce de 3 kHz y comprobemos si coincide con los parámetros del cabezal HF.
La respuesta de frecuencia de este cabezal (Fig. 4) en el rango de 3...20 kHz tiene un desnivel de 3 dB y la frecuencia de resonancia es de aproximadamente 950 Hz. Al desarrollar un filtro, es necesario tener en cuenta que para proteger el cabezal de HF de sobrecargas con frecuencias medias, será necesario proporcionar una atenuación de la señal a una frecuencia de 950 Hz de al menos 20 dB. A una frecuencia de cruce de 3 kHz, la atenuación requerida se puede lograr utilizando un filtro de paso alto de tercer orden.
El circuito cruzado se muestra en la Fig. 5. Las señales de baja frecuencia se suministran al cabezal dinámico W21EX001 a través de un filtro de paso bajo de segundo orden L4C7, que proporciona una caída en la respuesta de frecuencia en la presión sonora de 3 dB a una frecuencia de 500 Hz. El circuito R5C8 compensa el aumento de la impedancia del cabezal al aumentar la frecuencia. La disminución simétrica de la respuesta de frecuencia del cabezal de medios forma un filtro de paso alto de primer orden en el que opera el condensador C3.
El uso de un filtro de primer orden con la caída de respuesta de frecuencia requerida con una pendiente de 12 dB por octava resultó posible debido al hecho de que resultó el comienzo de la caída de respuesta de frecuencia natural del cabezal de rango medio. estar cerca de la frecuencia de cruce. La formación de una disminución en la respuesta de frecuencia se produjo como resultado de la interacción de la característica de transferencia del filtro y la disminución natural en la respuesta de frecuencia del cabezal de rango medio. El pico resonante en la característica Z de este cabezal se compensa mediante el circuito en serie L3C6R4. Los elementos R3 y C5 compensan el aumento en la resistencia del parche de rango medio al aumentar la frecuencia. En el circuito de compensación, R4 se selecciona de modo que la resistencia activa total del inductor y la resistencia R4 sea de 9 ohmios. En la Fig. La Figura 6 muestra los resultados de la compensación de la no linealidad inherente a la característica Z del parche de medios. El filtro de paso bajo de segundo orden L2C4 forma una atenuación en la respuesta de frecuencia del cabezal de medios, que comienza en 2,5 kHz.
Junto con el cabezal de alta frecuencia funciona un filtro de paso alto de tercer orden, que proporciona una atenuación de 2,5 dB a una frecuencia de 5 kHz. El divisor R1R2 hace coincidir el cabezal HF en términos de nivel de presión sonora con los cabezales MF y LF. Los parámetros de los elementos de cruce se seleccionaron utilizando el optimizador del programa LEAP de acuerdo con el criterio de desigualdad mínima de la respuesta de frecuencia del altavoz en términos de presión sonora. En la Fig. La Figura 7 muestra la respuesta de frecuencia de los cabezales dinámicos trabajando en conjunto con filtros y la respuesta de frecuencia resultante del altavoz. Para mayor claridad, el nivel de respuesta de frecuencia de los cabezales dinámicos se reduce en 1 dB.
La región de radiación conjunta de los cabezales LF y MF está en el rango de 400...900 Hz, ubicada simétricamente con respecto a 600 Hz. Su respuesta de frecuencia en términos de presión sonora se cruza a una frecuencia de 550 Hz. La región de radiación conjunta de los cabezales de frecuencias medias y altas se encuentra en el rango de 2,5...4 kHz, ubicada simétricamente con respecto a 3,16 kHz. La respuesta de frecuencia de la presión sonora de los cabezales de frecuencias medias y altas se cruza a una frecuencia de 2,9 kHz. En la Fig. La Figura 8 muestra las características de transferencia de los filtros.
Consideremos sus rasgos característicos. El filtro, trabajando junto con el cabezal de paso bajo, crea una ligera atenuación en la región de baja frecuencia. La caída comienza a 50 Hz y es de 20 dB a 1 Hz. Este es el efecto de cambiar la impedancia del cabezal del woofer: la impedancia disminuye de 30 a 8 ohmios cuando la frecuencia cambia de 50 a 20 Hz. El filtro para el cabezal de medios se utiliza además de limitar la banda de frecuencia operativa y para ajustar la respuesta de frecuencia según la presión sonora, por lo que su característica de transferencia en la banda de transparencia prácticamente no tiene sección plana. Como resultado, en la banda de frecuencia 1...3 kHz, la respuesta de frecuencia desigual del altavoz es de 1,5 dB, mientras que el cabezal de rango medio en este rango tiene una respuesta de frecuencia desigual de 4 dB. El filtro, que protege el cabezal de HF de señales de baja frecuencia fuera de banda, proporciona una atenuación de 950 dB a una frecuencia de 24 Hz. El crossover utiliza resistencias cerámicas de película metálica con una potencia de 5 W. Condensadores C1, C2, C4 - con dieléctrico de polipropileno para una tensión de funcionamiento de 250 V de Solen. Los condensadores C3, C5, C7, C8 son condensadores de película con dieléctrico Lavsan (MKT axial) para una tensión de funcionamiento de 160 V. C6 es un condensador Jamicon de óxido no polar para una tensión de funcionamiento de 35 V. Los inductores están enrollados sobre marcos de plexiglás. El diagrama muestra los valores máximos permitidos de la resistencia activa de los inductores. Los datos de bobinado de las bobinas se resumen en la tabla. Utiliza las siguientes designaciones: D - diámetro del marco; H - altura de bobinado; T - ancho de bobinado; N - número de vueltas; d - diámetro del alambre.
En la Fig. La Figura 9 muestra la característica Z del altavoz. El valor mínimo de impedancia del altavoz es de 4,3 ohmios a 300 Hz. Por encima de 3 kHz hay un aumento de resistencia, llegando a un máximo de 18 ohmios a 7 kHz.
Este aumento en la impedancia puede dar como resultado una reproducción enfatizada de alta frecuencia cuando el altavoz es accionado por un amplificador de válvulas que tiene una impedancia de salida más alta. Para compensar el aumento, se puede conectar un circuito en serie R6L5C9 en paralelo a los terminales de entrada del altavoz (consulte la Fig. 5). La característica Z con compensación de elevación se muestra en la Fig. 10.
Aquellos a quienes les guste reducir el número de elementos crossover pueden excluir la compensación del pico resonante del parche de medios. En la Fig. La Figura 11 muestra el cambio en la respuesta en frecuencia de la presión sonora de este cabezal, que se obtiene como resultado de eliminar el circuito compensador R4L3C6. Sin compensación al nivel de 12 dB, la disminución de la respuesta de frecuencia adquiere un pequeño "estante" en el rango de 150...300 Hz. El cambio en la caída de la respuesta de frecuencia ocurre principalmente fuera de la región de radiación mutua y no conduce a cambios notables en la respuesta de frecuencia del altavoz. De oído es difícil notar algún deterioro en el sonido asociado con la exclusión del circuito de compensación.
La escucha por altavoz se realizó con un amplificador de potencia de transistores. Todos los que participaron en la audición dieron comentarios positivos, destacando una buena articulación de los graves y un sonido neutro en las frecuencias medias y altas. El sonido de baja frecuencia del altavoz se consideró adecuado para su tamaño, pero insuficiente para la reproducción de alta calidad de programas en los que las frecuencias inferiores a 60 Hz desempeñan un papel importante. Puede ampliar el rango de frecuencia del altavoz hasta 35 Hz introduciendo un bass reflex para el cabezal dinámico W21EX 001. Autor: S.Bat, Moscú
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